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光伏水泵系统设计与试验研究
资料介绍
光伏水泵具有无污染、无燃料消耗、无人值守等优点，推广光伏水泵能缓解西部干旱地区、偏远无电山区的农业和生活缺水问题，改善人民生活水平。但是，价格昂贵、系统复杂等因素，导致光伏水泵系统难以大规模推广应用。本文以光伏水泵系统为研究对象，有针对性的对系统若干重要方面进行了优化设计及试验验证。为开发小型户用、低成本、高性能、结构简单的光伏水泵系统做出了探索。主要研究内容和结论如下：
(1)分析了电池阵列的输出特性，研究了阵列输出与辐射强度、环境温度、光线入射角等因素的关系，并概述了搭建阵列的原则。
(2)分析了水泵叶轮入口附近的流动特性。从速度三角形入手，推导了入口附近的冲击损失公式。公式表明入口冲击损失与圆周速度的平方成正比，且与液流角的改变量有关。随着转速降低，损失先增大，然后趋于稳定，最后又减小。并分析了不同辐射下二次流的部位与范围。
(3)应用Pro/E软件，对光伏水泵的叶片、叶轮进行了三维建模，利用非结构网格技术对流动区域进行了网格划分。借助Fluent软件，基于N-S方程和标准k-ε湍流模型，考虑四种不同的辐射条件，采用SIMPLE算法对设计的光伏水泵进行了流场计算。计算结果与前文分析基本吻合。
(4)针对扰动观察法的不足，提出了一种改进的双重判据、五段式扰动观察法。详细分析了该算法的决策原理和跟踪过程，利用Multisim10设计了基于单片机的最大功率跟踪(MPPT)硬件电路。
(5)为提高蓄电池组的效率、延长其寿命，提出了智能化充放电控制策略。分析了该策略的原理和电路结构，设计了基于单片机的充放电硬件电路，包括电压检测、数据转换、功率管驱动、指示和保护电路等。
(6)试制了一套光伏水泵试验系统，在晴朗无风的条件下进行了相应的试验研究。结果表明：采用的跟踪策略取得了较好的实际效果。充放电控制方法能有效地解决蓄电池组使用过程中出现的过充电、欠充电、互充电等问题，延长了电池的寿命。
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